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Keine Angst
vor Physik!
Grundkonzepte
der Physik
Eine Handreichung zum
Experimentalseminar
Zusammengestellt von
Mag. Hans Haimo Tentschert
www.tentschert.net
[email protected]
1 MECHANIK
1.1
Messung der Gehgeschwindigkeit
Material: Stoppuhren
Durchführung: Einige Schüler stellen sich am Gang in gleichen Abständen (z. B. 3 m) auf.
Jeder von ihnen erhält eine Stoppuhr. Ein Schüler geht in gleichbleibendem Tempo, beginnend an einem Startpunkt, an diesen vorbei. Beim Vorbeigehen stoppt der jeweilige Schüler
die bis dahin verstrichene Zeit. Die Messergebnisse zweier Versuche, wobei der Schüler beim
zweiten Mal schneller geht, werden in eine Tabelle eingetragen und eventuell in ein Zeit-WegDiagramm eingezeichnet.
Bewegungen von Körpern können mit Zeit- Weg- Diagrammen dargestellt werden.
Geschwindigkeit = zurückgelegter Weg/dafür benötigte Zeit (v =s/t)
Mit Hilfe der Geschwindigkeit kann man Bewegungsvorgänge beschreiben und vergleichen.
1.2
Brücke aus Papier (Kräfte)
Material: DINA4-Blatt, 2 gleiche Gläser, Glas mit Wasser
Durchführung: Ein Blatt Papier wird im Zickzack gefaltet und auf zwei Gläser gelegt. Das
Papier hält ein volles Glas Wasser.
1.3
Reibung
Material: Holzklötze, Schnurgummi, Maßband
Durchführung: Man bindet den Gummi an den Holzklotz mit einer Öse und zieht an, um den
Holzklotz zu bewegen. Die Dehnung des Gummis dient als Maß für die Reibung.
Die Reibung hängt nicht von der Auflagefläche ab, wohl aber vom Gewicht und von der
Unterlage. Daher kann man verschiedene Variationen ausprobieren:
mehrere Holzklötze verwenden (größeres Gewicht)
Grund- bzw. Seitenfläche als Auflage verwenden
verschiedene Unterlagen verwenden
Die Reibung wirkt der Bewegung eines Körpers entgegen. Wir unterscheiden Haft-, Gleit- und Rollreibung.
Die Reibungskraft ist eine Kraft, die der Bewegung eines Körpers entgegenwirkt.
Jede Art der Reibung hängt von der Beschaffenheit der sich reibenden Oberflächen ab.
Die Reibung wächst mit dem Gewicht des Körpers, sie ist aber (fast) unabhängig von der Größe der Reibungsflächen.
1.4
Ein Flaschenzug mit Besenstielen
Material: 2 Besenstiele oder Stativstangen, stabiles, gut gleitendes Seil (Länge ca 4 m)
Durchführung: Zwei Personen halten jeweils einen Besen senkrecht. Der Abstand zwischen
den beiden Besenstielen richtet sich dabei nach der Länge des zur Verfügung stehenden
Seils, sollte aber mindestens einen halben Meter betragen. Das Seil wird an einem der beiden
Besenstiele festgeknotet und mehrmals um die Besenstiele herumgeführt. Ziehen ein dritter
Assistent am freien Seilende und die beiden anderen mit aller Kraft an den Besenstielen, wird
es letzteren beiden auch mit ganzem Einsatz nicht gelingen, ein Zusammengehen der beiden
Besenstiele zu verhindern.
Die feste Rolle wirkt wie ein gleicharmiger Hebel, die bewegliche Rolle wie ein ungleicharmiger Hebel
Das Wellrad ist dem Prinzip nach ein ungleicharmiger Hebel
1.5
Gleichgewicht
Durchführung: Aus verschiedensten Gegenständen sind Körper zu formen, deren
Schwerpunkt außerhalb und möglichst tief liegt.
Beispiel: Man steckt zwei Gabeln so in einen Korken, dass die Stiele nach unten hängen,
steckt unten in den Korken eine Stecknadel und setzt das Ganze auf dem Stecknadelkopf auf
den Rand einer Flasche. Oder man steckt einen Löffel und eine Gabel zusammen und
balanciert das Gebilde mit Hilfe eines zwischen die Zinken gesteckten Zündholzes auf dem
Rand einer Flasche, etc.
Kräfte sind die Ursachen für Verformungen und Geschwindigkeitsänderungen.
Eine Kraft ist durch ihren Angriffspunkt, ihre Richtung und ihre Größe bestimmt. Sie wird durch einen Kraftpfeil
dargestellt. Die Einheit der Kraft ist das Newton (N).
Zu jeder Kraft gibt es eine Gegenkraft. Kraft und Gegenkraft wirken immer von einem Körper auf einen anderen, sind
gleich groß und entgegengesetzt gerichtet.
Kräfte befinden sich im Gleichgewicht, wenn sie sich in ihrer Wirkung aufheben.
1.6
Schwerpunkt
Material: Stabförmiger Gegenstand (Besenstiel, Lineal, Bleistift....)
Durchführung: Man legt einen Besen (Bleistift, Lineal) auf die gestreckten Zeigefinger der
ausgebreiteten Hände und fährt dann von den Enden gleichmäßig mit den Händen nach
innen. Erklärungshilfe: Unterschiedliche Haft- und Gleitreibung sowie unterschiedliche
Normalkraft bewirken, dass jeweils der Finger, der weiter vom Schwerpunkt weg ist, rutscht.
Im Schwerpunkt eines Körpers denkt man sich seine gesamte Masse vereint. Er ist der scheinbare Angriffspunkt
seines Gewichtes. Der Schwerpunkt lässt sich mit Hilfe der Schwerlinien finden
Ein Körper kann sich im stabilen, labilen oder indifferenten Gleichgewicht befinden
1.7
Schwerpunkt des Bundeslandes
Material: Kopie einer Landkarte, Nagel, Faden, Gewicht
Durchführung: Statt der üblichen unregelmäßig geformten Flächen kann man Modelle
verschiedener Länder (Kopien aus Atlanten) zur Bestimmung des Flächenschwerpunktes (an
verschiedenen Randpunkten drehbar aufhängen, Lot einzeichnen) verwenden.
Wo liegt dieser im jeweiligen Bundesland?
Die Standfestigkeit eines Körpers ist umso größer, je schwerer der Körper ist, je tiefer sein Schwerpunkt liegt und je
größer der Normalabstand des Lotes durch den Schwerpunkt von der Kippkante ist
1.8
Wie leicht kommt es zum Fall
Material: Stuhl, Streichholzschachtel
Durchführung: 1) Die Versuchsperson stellt sich aufrecht mit den Zehenspitzen an eine Wand.
Die Zehenspitzen und der Kopf müssen an der Wand anliegen. Der Versuch, sich auf die
Zehenspitzen zu stellen, scheitert.
2) Die Versuchsperson stellt sich seitlich so vor eine Wand, dass eine Körperseite an der
Wand anliegt. Ein Fuß, eventuell auch ein Arm, muss mit der Außenseite an der Wand
anliegen. Nun wird das weiter von der Wand entfernte Bein angehoben und so weit wie
möglich nach oben geführt.
3) Die Versuchsperson sitzt aufrecht auf einem Stuhl und kann sich an einer evtl.
vorhandenen Lehne anlehnen. Die Füße müssen vor den vorderen Stuhlbeinen stehen. Die
Winkel zwischen Oberkörper und Oberschenkel, sowie zwischen Oberschenkel und
Unterschenkel sollen jeweils ca. 90° betragen. Die Versuchsperson hat die Aufgabe
aufzustehen, ohne den Oberkörper nach vorne zu beugen oder die Füße nach hinten unter
den Stuhl zu nehmen.
Die Gewichtskraft oder kurz Gewicht FG eines Körpers mit der Masse m ist jene Kraft, mit der er von der Erde
angezogen wird. Das Gewicht wird – wie jede Kraft – in Newton gemessen.
Das Gewicht eines Körpers hängt von seiner Masse und vom Ort ab.
Ein Massestück von 1kg hat auf der Erde ein Gewicht von etwa 10 N.
Massen werden mit Waagen gemessen
1.9
Zündholzbrechen
Material: Zündhölzer bzw. Zahnstocher.
Durchführung: Je öfter ein Hölzchen gebrochen wird, umso schwieriger wird es, da die
Hebelarme immer kürzer werden.
Das Produkt Kraft x Kraftarm wird Drehmoment der Kraft genannt.
Hebelgesetz:
Kraft1 x Kraftarm1 = Kraft2 x Kraftarm2
F1 . l 1 = F 2 . l 2
1.10 Hebelgesetz
Material: 6-Kant-Bleistift, Muttern, Holzleiste
Durchführung: Lege die leiste so auf den Bleistift, dass dieses im Gleichgewicht ist. Lege nun
links und rechts der Mitte (immer auf eine Position) Muttern so auf, dass das Gleichgewicht
erhalten bleibt. Trage in einer Wertetabelle jeweils die Abstande zur Mitte sowie die Anzahl
der Muttern (Massestücke)!
m1
l1
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m2
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1.11 Dehnung eines Gummifadens
Material: Schnurgummi, einige Muttern M10, Maßband, Zündholz
Durchführung: Der Gummi wird am Stativ fixiert. Am unteren Ende wird ein Zündholz
angebunden. Mit Hilfe des angebundenen Streichholzes können die Muttern auf den Gummi
gefädelt werden, ohne die Länge des Gummis zu verändern!
Die Kraft ist (im Idealfall) direkt proportional der Dehnung. Beim Gummifaden wird dies nicht
der Fall sein wie bei einer Feder. Es bietet sich auch an, ein Kraft-Dehnungs-Diagramm zu
zeichnen.
1.12 Freier Fall
Material: Papierblätter, Tennisball
Durchführung: Zur Demonstration der gleichen Fallgeschwindigkeit verschiedener Körper und
des Einflusses des Luftwiderstandes lässt man gleichzeitig einen Tennisball und ein
Papierknäuel fallen bzw. ein Blatt Papier und ein Papierknäuel.
1.13 Schwerelos im freien Fall (1)
Material: leere Getränkedose bzw. -flasche, Nagel
Durchführung: In den Mantel einer leeren Getränkedose schlägt man nahe am Dosenboden
mit einem Hammer und einem Nagel ein paar Löcher, am besten so, dass man sie alle mit
einem Finger abdichten kann. Füllt man die gehaltene Dose randvoll mit Wasser und hält man
sie aus dem Fenster, so strömt das Wasser, sobald man die Löcher frei gibt, in
parabelförmigen Strahlen aus der Dose. Lässt man die Dose fallen, hört das Ausströmen des
Wassers während des freien Falls bis zum Aufschlag auf den Boden auf.
1.14 Schwerelos im freien Fall (2)
Material: Schere (leicht beweglich)
Durchführung: Mit Hilfe einer Schere wird die Schwerelosigkeit im freien Fall demonstriert. Mit
der einen Hand hält man eine der Schneiden einer Schere in vertikaler Richtung fest, wobei
der zugehörige Handgriff nach unten weisen soll. Mit der anderen Hand wird die frei
bewegliche Schneide weggeklappt. Lässt man diese Schneide los, klappt sie auf Grund des
durch die Schwerkraft hervorgerufenen Drehmoments zur festgehaltenen Schneide zurück.
Lässt man die Schere frei fallen, verhalten sich ihre Schneiden anders. Während des freien
Falls behält die ursprünglich freie Schneide ihre horizontale und die ursprünglich
festgehaltene Schneide ihre vertikale Lage bei.
1.15 Rückstoß eines Luftballons
Material: Luftballon (möglichst länglich), lange Schnur, Tixo, Trinkhalm
Durchführung: Ein aufgeblasener Luftballon torkelt nach dem Loslassen unkontrolliert herum.
Befestigt man mit Tixo einen Trinkhalm auf dem aufgeblasenen Ballon und führt eine lange,
durch den Raum gespannte Schnur durch den Halm, saust er entlang der Schnur.
1.16 Dichte
Material: Knetmasse, Messglas, Waage, Faden
bzw. Holzwürfel, Styropor
Durchführung: Nimm verschiedene Mengen der einzelnen Materialien und bestimme jeweils
Volumen und Masse! (für mindestens 2 Materialien)
Die Dichte  (rho) eines Stoffes ist der Quotient Masse/Volumen. Ihre Einheit ist 1 kg/m³.
1.17 Auftrieb
Material: Gefäß, Salz, hart gekochtes Ei
Durchführung: Man füllt ein Gefäß mit reinem Wasser, ein zweites mit Salzwasser und
beobachtet das Verhalten von einem hart gekochten Ei darin.
Jeder Körper, der in eine Flüssigkeit eingetaucht wird, erleidet einen scheinbaren Gewichtsverlust, den Auftrieb.
Dieser entsteht durch den hydrostatischen Druck.
Der Auftrieb hängt vom Volumen des Körpers und der Dichte der Flüssigkeit ab (Archimedisches Prinzip).
In einer Flüssigkeit wirkt auf jeden Körper ein Auftrieb, der gleich dem Gewicht der von dem Körper verdrängten
Flüssigkeit ist.
Ist das Gewicht größer als der Auftrieb, sinkt der Körper, ist das Gewicht gleich dem Auftrieb, schwebt der Körper.
Ist das Gewicht kleiner als der Auftrieb, so steigt der Körper solange, bis der Auftrieb des noch eintauchenden Teiles
gleich dem Gewicht des Körpers ist
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Haimo Tentschert
1.18 Das Aräometer
Material: dicker Trinkhalm, Knetmasse. Flüssigkeiten unterschiedlicher Dichten, z.B.
Leitungswasser, Salzlösung, Alkohol, Öl, Flüssigkeitsbehälter, (Filz-)Stift
Durchführung: Ein dicker Trinkhalm wird auf eine Länge von ca. 10 cm zugeschnitten und
eines seiner beiden Enden mit einem Klumpen Knetmasse beschwert. Setzt man den so
präparierten Trinkhalm in Behälter, die mit Flüssigkeiten verschiedener Dichte gefüllt sind und
markiert man jeweils die Eintauchtiefe an der Flüssigkeitsoberfläche mit einem Stift am
Trinkhalm, so können an den verschiedenen Markierungen die relativen Dichten der
Flüssigkeiten abgelesen werden.
1.19 Die tanzenden Rosinen
Material: Rosinen, kohlensäurehaltiges Mineralwasser, Trinkglas
Durchführung: Rosinen schwimmen und sinken in Mineralwasser, da sich die Auftriebskraft
durch Anlagern und Loslösen von Kohlendioxidbläschen laufend ändert. In ein Trinkglas
schüttet man kohlensäurehaltiges Mineralwasser und lässt 10 bis 15 Rosinen in das Glas
fallen. Diese sinken auf den Boden. Nach kurzer Zeit steigen einige Rosinen bis zur
Wasseroberfläche und sinken von dort wieder auf den Boden des Glases. Das Schwimmen
und Sinken der Rosinen lässt sich einige Minuten lang beobachten, wobei einzelne Rosinen
auch mehrmals aufsteigen können.
1.20 Cartesianischer Taucher
Material: Plastikflasche, Büroklammer, Trinkhalm mit Knick, Knetmasse
Durchführung: Der Trinkhalm wird so gekürzt, dass auf jeder Seite der Knickstelle ca. 3,5 cm
verbleiben. Die Büroklammer wird aufgebogen und die beiden Rundungen in die Öffnungen
des Trinkhalms hinein gesteckt. Dann wird soviel Knetmasse an das untere Ende der
Büroklammer gegeben, damit der Taucher so schwimmt, dass der Bogen des Trinkhalmes
heraus schaut. Am besten in einem Glas mit Wasser vorher testen! Achtung, nicht die
Öffnungen des Halmes mit Knetmasse verstopfen! Der Taucher wird in die volle Flasche
gegeben und diese wird verschraubt. Drückt man die Flasche zusammen, sinkt der Taucher;
lässt man die Flasche wieder los, taucht er wieder auf.
1.21 Schwimmt Knetmasse?
Material: Knetmasse, Gefäß mit Wasser
Durchführung: Mit Hilfe von Knetmasse, die nur dann schwimmt, wenn man sie zu einem
Schiffchen formt, wird demonstriert, dass der Auftrieb eines Körpers mit dem Volumen der
verdrängten Flüssigkeit zunimmt. Knetmasse wird in Form eines Klumpens in ein mit Wasser
gefülltes Gefäß gegeben. Der Klumpen geht unter. Formt man die Knetmasse aber zu einem
Schiffchen oder einem anderen gefäßförmigen Körper und gibt diesen ins Wasser, so
schwimmt die Knetmasse.
1.22 Hydraulische Presse
Material: 2 verschieden große Einwegspritzen, dünner Schlauch
Durchführung: Die Spritzdüsen zweier Einwegspritzen werden mit einem Schlauch verbunden.
Die beiden Spritzen werden ca. zur Hälfte mit Wasser gefüllt, mit dem Schlauch verbunden
und im System noch vorhandene Luft entfernt. Zwei Personen können nun mit den Spritzen
um die Wette drücken. Es wird immer der Person, die an der kleineren Spritze drückt,
gelingen, den Spritzenstempel hineinzudrücken.
Der Quotient Druckkraft/gedrückte Fläche heißt Druck.
Der Druck ist umso größer, je größer die Druckkraft und je kleiner die gedrückte Fläche sind.
2
Die Einheit des Druckes ist das Pascal. 1 Pa = 1 N/m
1.23 Hovercraft
Material: CD, verschließbarer Getränkenippel, wie er bei PET-Flaschen Verwendung findet,
Luftballon , Heißklebepistole
Durchführung: Ein verschließbarer Getränkenippel wird mit einer Heißklebepistole auf das
Mittelloch einer CD geklebt. Es muss darauf geachtet werden, dass die Klebstellen auch
wirklich dicht sind. Der Luftballon wird aufgeblasen und über den Getränkenippel gezogen. Es
sollte dabei darauf geachtet werden, dass beim Drüberziehen der Getränkenippel geschlosFreihandversuche 2012
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Haimo Tentschert
sen ist. Danach kann der Getränkenippel geöffnet werden und das Hovercraft beginnt sich zu
bewegen. Es empfiehlt sich, die CD anzustoßen, damit die Bewegung besser sichtbar wird.
1.24 Kugerl in Flasche
Material: Flasche, kleines Kugerl (Papier, Stanniol)
Durchführung: Man legt die Flache horizontal auf den Tisch und legt ein kleines Kugerl in den
Flaschenhals. Dann versucht man, das Kugerl durch Hineinblasen in die Flasche zu bringen.
1.25 Luftballon in einer Flasche aufblasen
Material: Flasche, Luftballon
Durchführung: Man gibt einen Luftballon in eine Flasche, stülpt ihn über den Rand und lässt
Schüler versuchen, ihn im Inneren aufzublasen
1.26 Luftdruck 1
Material: Zeitung, dünnes Brettchen, Schnur mit Griff,
Durchführung: Man legt ein dünnes Brettchen (ähnlich Lineal) halb über die Tischkante und
bedeckt den anderen Teil mit einem großen Zeitungsblatt, welches man glatt streicht.
Anschließend kann man es mit einem raschen Schlag abschlagen.
Variante: Man befestigt an einem Brettchen in der Mitte einen Zwirnfaden, macht ein Loch in
ein Zeitungsblatt und führt den Zwirn durch. Legt man Brettchen und Zeitung auf einen glatten
Tisch, kann man durch ruckartiges Hochheben den Zwirn abreißen, bei langsamem Ablauf hat
die Luft Zeit, unter die Zeitung zu strömen.
Die Luft übt einen Druck aus, der nach allen Seiten gleichmäßig wirkt.
Der normale Luftdruck (Normaldruck) beträgt 1013,25 hPa.
1.27 Luftdruck 2
Material: Becherglas, Wasser, stärkeres Blatt Papier
Durchführung: Ein Wasserglas mit glattem Rand wird mit Wasser gefüllt (muss nicht voll
sein!) und mit z.B. einer Postkarte abgedeckt, anschließend umgedreht. Während des
Umdrehens sollte man die Karte festhalten, anschließend kann man loslassen. Das Wasser
bleibt im Glas.
1.28 Magdeburger Halbkugeln
Material: 2 Gummisaugglocken, Wasser; oder 2 Einmachgläser, Gummiring
Durchführung: Zwei Gummisaugglocken mit befeuchteten Rändern aneinander pressen. Sie
lassen sich nicht mehr trennen, nur wenn man mit dem Fingernagel den Rand leicht anhebt.
Variation: In zwei Einmachgläser etwas Papier verbrennen, dann beide Gläser Öffnung an
Öffnung übereinander stellen und mit Gummiring abdichten.
1.29 Wasserbarometer
Material: 10 m durchsichtiger Schlauch, Eimer, Schlauchklemme bzw. Stöpsel, Maßband
Durchführung: Man füllt einen 10 m langen, durchsichtigen Schlauch vollständig mit Wasser,
verschließt ein Ende; das zweite Ende wird zu Beginn in einen Eimer gesteckt der etwa bis
zur Hälfte gefüllt wird und muss ständig unter Wasser bleiben! Anschließend wird das
verschlossene Ende auf etwa 10 m Höhe gebracht, wobei man darauf achten muss, dass das
zweite Ende immer unter Wasser bleibt. Man markiert anschließend die Eintauchstelle des
Schlauches im Eimer und die Wasserstandshöhe im Schlauch und misst den Abstand ab.
Dazu den Schlauch am Boden auslegen und ausleeren. (Hinweis: Ein Ausblasen eines auf
eine Trommel aufgerollten Schlauches ist durch die Addition der Wasserhöhe in jeder
Windung unmöglich!)
Barometer und Barographen sind Geräte zum Messen des Luftdrucks
1.30 Dosenkollaps
Material: leere Getränkedose, Bunsenbrenner, Wasser
Durchführung: Eine leere Getränkedose (ausschwemmen und ganz wenig Wasser in der
Dose lassen) wird offen mit einem Bunsenbrenner erhitzt, bis der Wasserrest verdampft. Anschließend kurz verkehrt in ein wenig Wasser tauchen.
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1.31 Oberflächenspannung 1
Material: Trinkglas, viele gleiche Münzen, Wasser
Durchführung: Man füllt ein Trinkglas bis zum Rand mit Wasser und gibt anschließend
langsam Münzen in das Glas. Dabei soll man darauf achten, dass der Glasrand völlig trocken
ist und auch bleibt! Man kann Schüler vorher raten bzw. ihre Erwartungen formulieren lassen,
wie viele Münzen Platz haben, bevor das Wasser überläuft. Achtung: Viele Münzen
vorbereiten! (unbedingt vorher ausprobieren!)
Die Kraft zwischen den gleichartigen Teilchen eines Körpers heißt Kohäsion, die Kraft zwischen verschiedenartigen
Teilchen zweier Körper Adhäsion.
1.32 Oberflächenspannung 2
Material: Trinkglas, Wasser, Spülmittel, Karton (besser Moosgummi)
Durchführung: Spülmittelboot - man schneidet aus Pappe den Querschnitt eines Bootsrumpfes aus, macht im Heck einen kurzen Einschnitt und gibt dort einen Spülmitteltropfen hinein.
1.33 Stoff sperrt Wasser (Oberflächenspannung)
Material: Flasche, Stück Stoff, Wasser
Durchführung: Spanne ein Stück Stoff mit Hilfe eines Gummirings über eine mit Wasser
gefüllte Flasche. Beim Umdrehen der Flasche geht nichts raus.
2 FLIEGEN
2.1
Druck in strömenden Medien
Material: DIN-A4-Blätter; 2 Äpfel, Schnur, Föhn; 2 Suppenlöffel; Trichter, Tischtennisball
Durchführung:
) Man hält ein DIN-A4-Blatt an den Enden der Schmalseite und bläst darüber.
b) Man bläst zwischen zwei parallel zueinander gehaltene DINA-4-Blätter. (oder zwischen
zwei aufgehängte Luftballons oder Äpfel, bzw. man hält zwei Suppenlöffel an den Stielenden
mit der Krümmung zueinander und lässt Wasser dazwischen durchfließen)
Analog dazu: Tischtennisball in einem geeigneten Trichter anblasen;
Tischtennisball im Luftstrom eines Gebläses oder Föns schweben lassen;
durch eine auf einem Trinkhalm angebrachte kreisförmige Papierscheibe auf eine dazu
parallel frei aufliegende gleichartige Papierscheibe blasen - damit kann man die zweite
Scheibe aufheben; u.v.. mit TT-Ball an Schnur in Wasserströmung
In strömender Luft ist der Druck auf die angrenzenden Flächen umso geringer, je größer die
Strömungsgeschwindigkeit ist.
Der dynamische Auftrieb entsteht durch einen Überdruck auf der Unterseite und einen Unterdruck auf der Oberseite
einer Tragfläche.
Der aerodynamische Auftrieb eines Flügels hängt von seiner Form, seiner Größe, vom Anstellwinkel, von der
Geschwindigkeit und von der Dichte der ihn umgebenden Luft ab.
2.2
Flamme im Trichter
Material: Trichter, Kerze, Zünder, Papiertüte
Durchführung: Wenn der Trichter mit seiner großen Öffnung auf eine Kerze gerichtet ist, kann
man die Kerze nicht ausblasen, da der Luftstrom auseinandergeht.
Ebenso kann man Ball nicht aus einem Trichter herausblasen.
2.3
Tragflächenmodell
Material: Papierstreifen 7,5x21 cm (= 1/4 von DIN-A4) stärkeres Papier (z.B. 120g/m²),
Schere, Trinkhalm, Klebestreifen, Faden
Durchführung: Aus den Papierstreifen wird der Querschnitt eines Tragflächenmodells gefertigt, indem man die Schmalseiten mit Klebestreifen zusammen klebt und an der Vorderseite,
etwas unterhalb der Mitte, einen Knick macht. Ein Stück Trinkhalm wird senkrecht durch die
Tragfläche gesteckt und durch diesen wird ein Faden geführt. Hält man den gespannten
Faden lotrecht und bläst gegen die Vorderseite der Tragfläche, bewirkt der Auftrieb ein
Aufsteigen. Gemäß dem Gesetz von Bernoulli entsteht beim Anblasen an der Oberseite ein
Unterdruck, der die Tragfläche nach oben hebt.
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2.4
Zimmerbumerang
Material: Postkarte, Schere, Papier
Durchführung: Eine gute Gelegenheit, um mit WE zusammenzuarbeiten betreffen den Bau
von Papierfliegern bzw. selbstgebauten Flugobjekten. Kreuzform, Helikopter, Lindenpropeller.
Variation: Kreuzbumerang
2.5
Papierhubschrauber
Material: Blatt Papier (10cm x 15cm, DIN A6); Schere, Büroklammer
Durchführung: Das Blatt Papier wird von einer Schmalseite aus in Abständen von ca. 1 cm bis
zur Mitte hin eingefaltet. Von der anderen Schmalseite schneidet man mittig bis zum gefalzten
Teil. Dann biegt man einen dieser Teile nach vorne, den anderen nach hinten, sodass es
aussieht wie ein Propeller. Der eingefaltete Teil wird mit einer Büroklammer fixiert. Diese hält
die Konstruktion zusammen und liefert eine bessere Gewichtsverteilung. Diese Konstruktion
lässt man aus einer entsprechenden Höhe fallen.
3 SCHALL
3.1
Schwingung einer Stimmgabel
Material: Stimmgabel, Gefäß mit Wasser; Tischtennisball, Faden
Durchführung: Zum Sichtbarmachen der Schwingung einer Stimmgabel taucht man sie in
Wasser. Oder ein an einem Faden aufgehängter Tischtennisball wird bei Berührung der Zinke
stark abgestoßen. (Variante: Sichtbarmachen mit Stroboskop)
Ein hinreichend rasch und stark schwingender Körper wird zu einem Schallerreger.
Je stärker die Anregung einer Schallquelle ist, desto größer ist die Schwingungsweite und desto lauter ist der Ton. Die
Höhe eines Tones steigt mit der Frequenz der Schwingung
3.2
Aufzeichnung einer Schwingung
Material: DINA4-Blatt, Bleistift
Durchführung: Zwei Schüler, ein Sch. fährt mit dem Bleistift möglichst regelmäßig geradlinig
auf dem Papierblatt hin und her; der andere Sch. zieht währenddessen das Blatt senkrecht
zur Schreibrichtung möglichst regelmäßig nach unten
3.3
Schnurtelefon
Material: 2 Plastikbecher, Schnur
Durchführung: Die Schallausbreitung in einer gespannten Schnur (Spagat) kann man zum
Bau eines Telefons verwenden indem man an beiden Enden einen Joghurtbecher oder
ähnliches befestigt. Dazu durchbohrt man den Boden der Becher und befestigt die Schnur
daran. Die Länge der gespannten Schnur kann viele Meter betragen
Der Schall breitet sich in festen, flüssigen und gasförmigen Stoffen nach allen Richtungen hin mit einer bestimmten
Schallgeschwindigkeit als Welle aus.
3.4
Glockengeläute
Material: Schnur, Metall-Kleiderbügel)
Durchführung: Man nimmt etwa 2 je 0,5 m Schnur und knotet sie an den Enden der geraden
Seite an. Die beiden anderen Enden wickelt man sich einmal um je einen Zeigefinger, beugt
sich vor und steckt sich die beiden Fingerspitzen in die Ohren, sodass der so aufgehängte
Bügel frei pendeln kann. Man lässt den Bügel an eine Tischkante stoßen. Man sollte keinem
Schüler diesen AHA-Effekt vorenthalten!
Erklärungshilfe: Durch die gute akustische Kopplung kommt der Schall viel verlustfreier ins
Ohr und ergibt dermaßen einen ungewöhnlichen (und auch unerwarteten) Eindruck.
3.5
Eine kleine Glasmusik....
Material: Trinkgläser, Bierflaschen, Wasser
Durchführung: Füllt man dünnwandige Trinkgläser beliebiger Form unterschiedlich hoch mit
Wasser, kann man durch leichtes, gleichmäßiges Entlangstreichen am oberen Glasrand mit
einem Finger verschieden hohe Töne erzeugen. Tipp: Das Experiment funktioniert besonders
gut mit frisch gewaschenen Gläsern und feuchtem Finger!
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Haimo Tentschert
Erklärungshilfe: Wie in den Metallplatten erzeugt man hier im Glas stehende Wellen, deren
Frequenz von der Art des Glases und vom frei schwingenden Teil abhängt, daher beeinflusst
die Wasserfüllung die Tonhöhe.
Variante: Bierflaschen, verschieden hoch mit Wasser gefüllt, anblasen.
3.6
Richtungshören
Material: 2 m langer, dünner Gummischlauch
Durchführung: Ein etwa 2 m langer dünner Gummischlauch mit markierter Mitte wird auf
einem Tisch aufliegend von hinten um den Kopf eines Schülers gelegt. Der Schüler hält die
Enden an seine Ohren. Ein zweiter Schüler klopft leicht (!) an verschiedenen Stellen auf den
Schlauch, der horchende Schüler muss erkennen, ob in der Mitte oder näher bei einem der
Ohren auf den Schlauch geklopft wird. Ein lustiges Experiment zur Funktionsweise unseres
Gehörs, das die große Empfindlichkeit des Richtungshörens zeigt!
3.7
Schallübertragung
Material: Glas mit großem Durchmesser, Cellophanhaut, Styroporflocken
Durchführung: Man legt sehr leichte Teilchen, z.B. kleine Styroporflocken, auf eine dünne,
elastische Haut, die man über ein Glas (z.B. REX-Glas) spannt. Erzeugt man kräftige
Schallwellen in der Nähe, zeigen die Teilchen die Vibration der Membran.
3.8
Schlauchtöne
Material: Installationsschlauch (2m)
Durchführung: Halten des Schlauches an einem Ende und Drehen über Kopf bewirkt Töne.
4 WÄRMELEHRE
4.1
Heißluftrakete”
Material: Papierserviette, leeres Teesackerl, ....
Durchführung: Man rollt eine Serviette zu einem Zylinder und dreht diesen an einem Ende
zusammen. Dann stellt man ihn auf den Tisch und zündet ihn am oberen Ende an. Mit etwas
Glück erhebt sich diese Heißluftrakete und steigt auf.
In Gasen verliert jeder Körper scheinbar so viel an Gewicht, wie die von ihm verdrängte Gasmenge wiegt (statischer
Auftrieb). Der statische Auftrieb in der Luft wird z.B. bei Ballons und bei Luftschiffen ausgenützt
4.2 Fahrradpumpe
Material: Fahrradpumpe
Durchführung: Durch mehrmaliges schnelles Pumpen der unten verschlossenen Pumpe spürt
man deutlich die Erwärmung der komprimierten Luft.
Wärme ist die ständige ungeordnete Bewegung der Teilchen.
Die Temperatur eines Körpers ist umso höher, je heftiger sich die Teilchen bewegen bzw. je größer ihre
Geschwindigkeit ist.
4.3
Abkühlung durch Expansion
Material: CO2-Patrone, Nagel, Hammer, Zange
Durchführung: Die Patrone wird mit der Zange (Schraubstock) fest gehalten und mit einem
Nagel der Verschluss durchstoßen. Das schnell austretende CO2 kühlt die Patrone so stark
ab, dass sich zB beim Anhauchen die Patrone mit Reif überzieht.
4.4
Absorption von Wärmestrahlung
Material: Glühbirne, weißes und schwarzes Plastiksackerl
Durchführung: Das Plastiksackerl wird in die unmittelbare Nähe einer eingeschalteten
Glühbirne gebracht. Während das Weiße längere Zeit hindurch unbeschädigt bleibt, wird das
Schwarze innerhalb kurzer Zeit schmelzen.
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4.5
Nebelbildung im Wasserflasche
Material: Plastikflasche, Wasser, Papierstreifen, Zünder
Durchführung: Eine Plastikflasche wird mit etwas Wasser gefüllt und geschüttelt, damit sich
die Luft mit Wasserdampf sättigt. Das restliche Wasser wird ausgeleert. Ein kleiner
brennender Papierstreifen hineingeworfen und die Flasche verschlossen. Man drückt die
Flasche zusammen und hält sie kurze Zeit (Erwärmung). Dann lässt man die Flasche aus
(Abkühlung) und es bildet sich Nebel. Erklärungshilfe: Das abgebrannte Papier liefert
genügend Kondensationskeime für die Nebelbildung.
4.6
Aggregatzustandsänderung
Material: einige Schüler
Durchführung: Sch. halten sich eingehakt in dichter Packungfester Stoff
Sch bewegen sich durch Klasse. „Wärmezufuhr“  dichte Packung löst sich, es bleibt ein
„Stoff“, wenn sich die Sch. an den Händen locker halten „Bindungsarme“; Bewegung leichter
möglich. Weitere „Wärmezufuhr“  Auflösen der Bindungen frei beweglich
Der Schmelzpunkt ist jene Temperatur, bei der ein fester Körper in den flüssigen Aggregatzustand übergeht.
Der Erstarrungspunkt ist jene Temperatur, bei der ein flüssiger Körper in den festen Aggregatzustand übergeht.
Der Schmelzpunkt und der Erstarrungspunkt eines Stoffes liegen bei der gleichen Temperatur.
Beim Verdampfen geht ein Stoff vom flüssigen in den gasförmigen Zustand über.
Das Verdampfen bei der Siedetemperatur heißt Sieden, Verdampfen bei einer beliebigen Temperatur nennt man
Verdunsten
4.7
Die gebogenen Trinkhalme
Material: 2 Trinkhalme, Klebestreifen, heißes Wasser, Injektionsspritze
Durchführung: Die beiden Trinkhalme werden mit Klebestreifen parallel aneinander geklebt.
Mit Hilfe der Spritze wird in einen Trinkhalm heißes Wasser eingebracht. Auf Grund der
Wärmedehnung kommt es zur Biegung der Halme.
Thermometer sind Messgeräte für die Temperatur. Diese gibt den Wärmezustand eines Körpers zahlenmäßig an.
In Thermometern werden die temperaturabhängigen Eigenschaften von Stoffen (Wärmedehnung, elektrische
Leitfähigkeit, Strahlungsempfindlichkeit) genützt.
4.8
Ein Thermometer aus Papier
Material: mit Aluminium beschichtetes Papier, Kerzenflamme
Durchführung: Ein Streifen aus aluminiumbeschichtetem Papier verbiegt sich unter
Wärmeeinfluss auf Grund der unterschiedlichen Längenausdehnung.
4.9
Das Leidenfrost’sche Phänomen
Material: Herdplatte evtl. Trinkhalm oder Pipette
Auf Grund der geringen Wärmeleitfähigkeit von Wasserdampf verdampfen Wassertropfen
nicht auf einer heißen Herdplatte.
4.10 Ei durch Flaschenhals
Material: Milchflasche, hartes Ei
Durchführung: Man wirft in eine Milchflasche ein Stückchen brennendes Papier und
verschließt diese mit einem geschälten, hart gekochten Ei. Nach kurzer Zeit rutscht das Ei
(wegen des entstehenden Unterdrucks) in die Flasche. Man bringt es wieder heraus durch
Erzeugen von Überdruck in der Flasche (auf den Kopf stellen und wieder erhitzen oder
Flasche nach oben halten, dass das Ei die Öffnung verschließt, kurz hinein blasen, Vorher
Flasche auswaschen, um Verbrennungsreste zu entfernen).
4.11 Kaminwirkung
Material: Kerze, Schachtel (ev. durchsichtige Kunststoffbox), Rohr
Durchführung: In die Schachtel wird oben ein Loch geschnitten, die Kerze unterhalb gestellt
und angezündet. Wird das Rohr auf die Öffnung gesetzt, sieht man eine deutliche
Kaminwirkung (nachzuweisen zB mittels Rauch)
ACHTUNG: Aufpassen, dass die Schachtel nicht anbrennt!
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Haimo Tentschert
4.12 Sonnenkollektor
Material: Styropor, Glasplatte, schwarzes Papier, Thermometer
Durchführung: Aus Styropor wird ein Kollektorkörper gebaut. Als Erweiterung wird mit einer
Glasplatte abgedeckt und weiters der Kollektor mit schwarzem Papier ausgekleidet. Jedes
Mal wird mit einem Thermometer die Lufttemperatur gemessen
4.13 Volumenänderung durch Wärme
Material: Flasche, Luftballon
Durchführung: Man erhitzt eine leere Flasche und stülpt einen leeren Luftballon über den
Rand. Dann kühlt man die Flasche und beobachtet den Luftballon. Anschließendes Erwärmen
kehrt den Vorgang wieder um.
Das Volumen von Körpern wird im Allgemeinen beim Erwärmen größer, beim Abkühlen kleiner. Bei gleicher Erwärmung
dehnen sich Gase wesentlich stärker aus als Flüssigkeiten und diese stärker als die festen Körper.
Bei Erwärmung um 1 °C dehnen sich Gase bei gleichbleibendem äußeren Druck um 1/273 ihres Volumens aus
4.14 Volumenänderung von Gasen
Material: Bierflasche, 5 Cent- (10 Groschen)-Stück
Durchführung: Man verschließt eine kalte, leere Bierflasche mit einer Münze (anfeuchten
wegen Abdichtung!) und erwärmt sie anschließend mit beiden Händen.
Erklärung: Die durch Erwärmung sich ausdehnende Luft hebt die Münze immer wieder hoch.
4.15 Längenänderung von Metall
Material: 2 Flaschen, Metallstricknadel, Korken, Nagel, Papierstreifen, Bunsenbrenner
Durchführung: 2 gleich hohe Flaschen werden mit einem Kork verschlossen. In einen der
beiden Korken sticht man seitlich waagrecht eine Stricknadel aus Metall (oder den geraden
Teil eines Metallkleiderbügels) und positioniert die beiden Flaschen so, dass die Stricknadel
mit dem anderen Ende genau auf dem zweiten Kork liegt. Darunter legt man einen Nagel mit
einem Papierstreifen als Zeiger. Erhitzt man mit einem Bunsenbrenner die Stricknadel, dehnt
sie sich aus und dreht dadurch den Nagel, was durch den sich drehenden Papierstreifen
deutlich sichtbar wird.
4.16 Wärmeleitung - Isolation durch Luft
Material: 4 Glasplatten, 2 Kerzen, Gummiring, Wachs- oder Butterkügelchen
Durchführung: 2 Glasplatten übereinander und 2 Glasplatten mit einem Gummiring
dazwischen werden jeweils über eine Kerze gelegt, darauf kommt ein Wachs- oder
Butterkügelchen als „Messgerät“. Beispiel für Wärmedämmung bei einem :
Doppelglasfenster.
4.17 Wärmeleitung in Wasser
Material: Reagenzglas, Wasser und ein Stückchen Eis; biegsamer stärkerer Draht,
Bunsenbrenner
Durchführung: In einem Reagenzglas wird ein Stück Eis mit einem Draht im unteren Drittel
festgeklemmt, so dass das Eis auch bei gefülltem Reagenzglas unter Wasser bleibt. Das
Reagenzglas wird mit Wasser gefüllt und leicht schräg mit dem oberen Drittel über eine
Bunsenbrennerflamme gehalten. Dabei kann man es mit der Hand im unteren Drittel
festhalten, ohne sich die Finger zu verbrennen. Man kann aber auch eine Zange benutzen,
um das Reagenzglas über die Flamme zu halten. Nach einer Weile siedet das Wasser oben
im Reagenzglas, ohne dass das Eis unten merklich schmilzt.
4.18 Wärmeleitung mit einer Münze
Material: Münze, Streichhölzer
Durchführung: Hält man eine Münze am Rand mit den Fingern einer Hand und erwärmt man
sie mit einem Streichholz an der den Fingern gegenüberliegenden Seite, so wird die Münze
so schnell heiß, dass man sie fallen lässt, um sich nicht die Finger zu verbrennen, noch
bevor das Streichholz abgebrannt ist. Holz leitet offenbar schlecht, da das Streichholz bis zu
seinem vollständigen Abbrennen in der Hand gehalten werden kann.
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Haimo Tentschert
4.19 Wärmestrahlung 1
Material: 2 Flaschen, davon eine schwarz, die andere weiß angestrichen, Wasser,
Thermometer, Sonne......
Durchführung: Die beiden Flaschen werden gleich hoch mit Wasser gefüllt und eine Zeit lang
an die Sonne gestellt. Danach wird der Temperaturunterschied festgestellt.
4.20 Wärmestrahlung 2
Material: geöffnete Blechdose, Kerze, 2 gleiche Münzen, Glühlampe mit Fassung und
Netzanschluss
Durchführung: An der Innenwand einer Blechdose wird auf halber Höhe eine Fläche von mit
einer Kerzenflamme berußt. An der Außenwand befestigt man mit möglichst wenig Wachs
zwei Münzen. Eine der Münzen sollte außen über der schwarz gefärbten Stelle liegen und die
andere in gleicher Höhe gegenüber der ersten Münze, .h. über einer glänzenden oder
weißen Stelle. Die präparierte Dose stülpt man über eine Glühlampe. Die Münze über der
schwarz gefärbten Fläche rutscht deutlich früher ab, weil sich dort das Wachs wesentlich
schneller erwärmt als über der glänzenden Stelle. Berührt man außen an der Dose
gleichzeitig die beiden Bereiche mit den Fingern, kann man den Temperaturunterschied
deutlich fühlen.
4.21 Wärmetransport
Material: Kupferblech, Styropor, Kork, Fliesen, Holz, ...
Durchführung: Teste das Versuchsmaterial durch! Lege jeweils eine Hand auf zwei
verschiedene Gegenstände.
4.22 Der feuerfeste Luftballon
Material: Luftballon, Wasser, Kerze
Durchführung: Man füllt etwas Wasser in den Luftballon und bläst ihn etwas auf. Dann hält
man ihn über eine Kerzenflamme. Das Wasser erhitzt sich, ohne dass der ballon platzt.
Erklärungshilfe: Die Wärmeleitfähigkeit und spezifische Wärmekapazität des Wassers
verhindern, dass die Temperatur des Ballons über die Flammtemperatur steigt.
5 ELEKTROSTATIK
5.1
Das bewegte Styropor
Material: Stecknadel, 2 Styroporstücke; Magnet
Durchführung: Das eine Styroporstück wird mittig drehbar mit der Nadel fixiert. Durch Nähern
des geriebenen zweiten wird dieses wegen der Abstoßung in Drehung versetzt.
Hält man die Nadel mit der Spitze nach oben an einen Magnet, so hat man eine praktisch
reibungsfreie Lagerung und kleinste Bewegungen werden erkannt.
Es gibt positive und negative Ladungen.
Gleichnamige Ladungen stoßen einander ab, ungleichnamige ziehen einander an.
Gleich große positive und negative Ladungen gleichen sich aus.
Zwischen den Ladungen wirken anziehende bzw. abstoßende Kräfte.
Der Wirkungsbereich der Kräfte von elektrischen Ladungen heißt elektrisches Feld.
Auf allen elektrisch neutralen Körpern sind positive und negative Ladungen in gleicher Anzahl vorhanden. Sie können
durch Reiben oder durch elektrische Influenz getrennt werden.
5.2
Folienversuch
Material: 2 Folien DINA4 Format, Papierteilchen (am besten aus Locher)
Durchführung: 1. Folie auf Tisch mit Taschentuch o.ä. fest reibend anpressen, dann
gleichzeitig hochheben, Folie ist dann geladen und zieht z.B. Haare an; 2. Folie aufladen und
aus ca 50cm einer anderen geladenen Folie nähern;
2. Zwei Folien übereinander auf Tisch anpressen und aufladen wie vorher, dann gleichzeitig
parallel zum Tisch hochheben und schnell von einander trennen, dann wieder langsam
aufeinander zu bewegen
3. Eine Folie aufladen, daneben Papierteilchen auflegen und mit geladener Folie parallel zum
Tisch langsam den Papierteilchen nähern (Hinweis: genau beobachten, was mit Teilchen an
Folie passiert).
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Haimo Tentschert
4. Eine Folie auf Tisch reibend anpressen, dann Papierteilchen drauflegen und Folie
gleichzeitig mit den Papierteilchen parallel zum Tisch hochheben
5.3
Wasser in elektrischen Feld
Material: dünner Wasserstrahl, Kunststoffkamm
Durchführung: Der Wasserstrahl wird vom
(Dipolcharakter des Wassers).
5.4
geriebenen
Kunststoffkamm
abgelenkt
Trinkhalm-Kräfte
Material: 2 Trinkhalme (mit Knick)
Durchführung: Die beiden Trinkhalme werden kräftig gerieben und geknickt. Man hält sie an
der kürzeren Seite und führt die längeren Teile parallel zueinander. Dabei kann man die
abstoßenden Kräfte deutlich spüren.
6 ELEKTRIZITÄT
6.1
Apfelbatterie
Material: Kupfer- und Zinkstab, Zitrone bzw. Apfel, Voltmeter
Durchführung: Mit Hilfe von Kupfer- und Zinkstäben, Zitronen, Äpfeln (o.ä.) und einem
Voltmeter lassen sich viele interessante Experimente machen, auch der Betrieb billiger
Digitaluhren ist damit möglich.
6.2
Münzenbatterie
Material: 2 Münzen aus unterschiedlichem Material (zB 1 S-, 10 g-Stück, Euromünzen
weniger geeignet), Löschpapier, Zitronensaft, Multimeter
Durchführung: Man legt zwischen die beiden Münzen ein mit Zitronensaft getränktes Stück
Löschpapier und misst mit einem Multimeter die Spannung zwischen den beiden Münzen.
Stromquellen liefern elektrischen Strom.
Ein Stromkreis ist ein geschlossener Stromweg.
6.3
Licht durch Salz
Material: Flachbatterie (4,5 V), Glühlampe, isolierter Draht oder Experimentierkabel, Trinkglas
oder Becher, Kochsalz
Durchführung: Ein Trinkglas wird mit Leitungswasser gefüllt. Von drei ca. 20 cm langen
Drahtstücken entfernt man von den Enden die Isolierung. Von einem Draht verbindet man ein
Ende mit einem Pol einer Batterie, das andere Ende lässt man in das Wasser hängen. Ein
zweites Stück Draht wird mit einem Ende an einer Glühlampe befestigt, das andere Ende
lässt man ebenfalls in das Wasser hängen. Verbindet man mit dem dritten Drahtstück den
anderen Pol der Batterie mit der Glühlampe, so leuchtet diese nicht. Erst wenn man Kochsalz
in das Wasser streut, beginnt sie zu leuchten.
6.4
Elektromagnet
,
Material: Batterie, Nagel, isolierter Kupferdraht, Büroklammern
Durchführung: Man wickelt um einen Nagel 10, 20, 30, 40,....
Windungen des Drahtes und schließt eine Batterie an
Dann versuche man, Büroklammern an einem Ende des Nagels
durch den Elektromagnet aufzuheben
6.5
Freier Fall im Kupferrohr
Material: Kupferrohr, Plastikrohr, Stabmagnet, Eisenbolzen
Durchführung: Lässt man einen zylinderförmigen Magnet und einen gleichgroßen Eisenbolzen
durch eine Plastikröhre, ein Kupferrohr bzw. ein gleich dickes, aber längsgeschlitztes
Kupferrohr (Schlitz mit Tixo verschließen, um Unterschiede des Luftwiderstandes
auszuschließen) fallen, sind deutliche Unterschiede in der Fallzeit festzustellen, die man auf
Induktionserscheinungen zurückführen kann.
Erklärungshilfe: Induktionserscheinungen werden nur durch den fallenden Magneten hervorgerufen, im geschlitzten Kupferrohr ist die Ausbildung von Wirbelströmen deutlich
erschwert, daher die Verzögerung kaum merklich.
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Haimo Tentschert
6.6
Induktion:
Material: 2 Nägel, Draht, Kompass, Batterie
Durchführung: Man baut mit 2 Nägeln und Draht folgende
Anordnung. Dann schaltet man den Stromkreis ein und aus und
beobachtet den Kompass. Dabei kann man unterschiedliche
Windungszahlen verwenden
6.7
Induktionsmotor
Material: Aludose (abgeschnittener Deckel), Gefäß mit Wasser,
Magnet,
Draht
Durchführung: Die Aludose wird auf das Wasser gesetzt. Wichtig ist, dass das Gefäß ganz
voll ist und sich ein kleiner „Wassergupf“ bildet. Der Magnet wird an dem Draht befestigt und
von oben in die Aludose gehalten. Dreht man den Draht mit dem Magneten, wird sich auch die
Dose zu drehen beginnen.
6.8
Der einfachste Elektromotor
Material: 1,5 V Batterie, 15 cm dünner Draht, Spanplattenschraube, Neodym-Magnet
Durchführung: Nimm in eine Hand eine 1,5 V Batterie und halte mit dem Zeigefinger ein abisoliertes Ende des Drahtes an einen Pol der Batterie. Am anderen Pol der Batterie wird die
Spitze einer Schraube, an der ein Magnet haftet, angebracht. Nun wird das andere Ende des
am Ende abisolierten Drahtes zum Magneten geführt. Bei der Berührung beginnt sich die
Schraube mit dem Magneten sogleich zu drehen.
6.9
Kompass
Material: Kork, Stecknadel, Magnet, Wasser
Durchführung: Man magnetisiert Stecknadel durch drüberstreifen über einen Permanentmagneten, befestigt sie auf einer kleinen Korkscheibe und lässt diese auf Wasser
schwimmen.
6.10 Die gespenstische Leuchtstoffröhre
Material: Leuchtstoffröhre, funktionstüchtig oder ausgedient, Overheadprojektor-Folie, evtl.
Hartgummistab und Fleecestoff oder Katzenfell
Durchführung: Nachdem man ein Zimmer verdunkelt hat, und sich die Augen an die
Dunkelheit gewöhnt haben, reibt man eine Overheadprojektor-Folie an der Röhre. Der Teil
der Röhre, an dem die reibende Folie anliegt oder gerade angelegen hat, leuchtet
gespenstisch auf. Das Leuchten ist besonders hell, wenn die Folie abgezogen wird.
7 OPTIK
7.1
Bildentstehung am Löffel
Material: großer Löffel
Durchführung: An der konvexen sowie an der konkaven Seite eines (Suppen-)Löffels lassen
sich die verschiedenen Abbildungen an gekrümmten Spiegeln darstellen. Auch lässt sich der
Brennpunkt bestimmen.
7.2
Bildentstehung durch Reflexion
Material: 2 Kerzen, Glasplatte
Durchführung: 2 gleiche Kerzen werden im Abstand von etwa 20 cm aufgestellt, eine wird
angezündet. Schüler erhalten anschließend den Auftrag, eine dünne Glasplatte so dazwischen zu platzieren, dass auch die zweite Kerze scheinbar brennt. Abstände variieren und in
eine Tabelle eintragen (Bildweite = Gegenstandsweite).
7.3
Der abgeknickte Bleistift
Material: Bleistift, Glas, Wasser
Durchführung: Ein in das Wasserglas schräg hinein gestellter Bleistift erscheint „gebrochen”.
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Haimo Tentschert
7.4
Schraubenfischen
Material: wassergefüllter Trog, Schraubenmutter, Glasrohr, Stricknadel, Stativmaterial
Durchführung: Man legt die Schraubenmutter in den Trog und fixiert mittels Stativmaterial das
Rohr so, dass man die unter Wasser liegende Mutter „anpeilen” kann. Nachdem man genau
„gezielt” hat, stößt man die Stricknadel durch das Rohr, um den „Fisch” zu erlegen. Was wird
man erleben?
7.5
Der blinde Fleck des Auges
Material: weißes Papier, Münze, Stift
Durchführung: Auf ein weißes Blatt Papier malt man ein kleines Kreuz (Größe: ca. 2 cm).
Rechts daneben legt man in geringem Abstand (5 - 10 cm) ein Geldstück. Mit einer Hand wird
das linke Auge verdeckt. Mit dem rechten Auge fixiert man das Kreuz und geht mit dem Kopf
aus einer Höhe von ca. 40 cm langsam näher an das Kreuz. Bei einer noch relativ großen
Höhe wird das Geldstück verschwinden (nur für den Beobachter!). Legt man die Münze weiter
vom Kreuz entfernt, so verschwindet sie bereits in größerer Höhe.
7.6
Die unendlichen Spiegel
Material: 2 Spiegel, Stativmaterial
Durchführung: Bei einem Spiegel wird auf der Rückseite eine kleine Fläche der Beschichtung
abgekratzt. Die beiden Spiegel werden mit den Spiegelflächen parallel zu einander aufgestellt.
Schaut man durch das Fenster in den zweiten Spiegel, sieht man „unendlich“ viele
Reflexionen. Ähnlich kann man auch 3 Spiegel mit den Spiegelflächen zueinander als Dreieck
aufstellen.
7.7
Totalreflexion am Wasserglas
Material: Trinkglas, Wasser
Durchführung: Wenn man ein leeres Trinkglas in der Hand hält, kann man beim Blick schräg
von oben die Finger sehen. Sobald Wasser eingefüllt wird, werden die Finger wegen der
Totalreflexion „unsichtbar” (Spiegelung durch Totalreflexion).
7.8
Die unsichtbare Kreide
Material: großes Trinkglas, Reagenzglas, beliebiger Gegenstand, der in das Reagenzglas
passt, z.B. ein Stück farbige Tafelkreide
Durchführung: Ein Stück farbige Tafelkreide wird in ein Reagenzglas gelegt und dieses flach
in ein mit Wasser gefülltes Trinkglas gehalten. Blickt man von oben auf das Reagenzglas, so
kann man die Farbkreide in ihm sehen. Wird das Reagenzglas steil in das Wasser gehalten,
so glänzt die Oberfläche des Reagenzglases silbern und die Kreide ist nicht mehr zu sehen.
Füllt man Wasser in das Reagenzglas, so verschwindet der silberne Glanz und die farbige
Kreide wird wieder sichtbar.
7.9
Farbige Schatten, Kern- und Halbschatten
Material: 3 gleichartige Lampen (Diaprojektor), Farbfilter
Durchführung: Die Verwendung von drei Lampen mit den Farbfiltern rot, grün und blau ergibt
bekannter Weise einigermaßen weißes Licht im Überschneidungsbereich der Lichtkegel.
Bildet man die drei Lichtkreise auf eine weiße Leinwand im Finstern so ab, dass sie sich
großteils überschneiden und erzeugt dann mit der Hand oder anderen Gegenständen
Schatten, erscheinen diese zur Verblüffung der Schüler plötzlich, je nach abgedeckten
Lampen, in verschiedenen Farben!
7.10 Himmelsblau – Abendrot
Material: Küvette, Wasser, Taschenlampe, etwas Milch, Polarisationsfilter
Durchführung: ins Wasser gibt man etwas Milch. Hinter die Küvette positioniert man die
Taschenlampe. Blickt man von vorne durch die Küvette zur Lampe, sieht man einen rötlichen
Schimmer. Blicht man von oben, sieht man wegen der Streuung einen bläulichen Ton. Mit
einem Polfilter lässt sich die Polarisation des gestreuten Lichtes erkennen.
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Haimo Tentschert
7.11 Finsternisse
Material: 2 Kugeln (10 cm und 4 cm), Diaprojektor
Durchführung: Einfache Demonstration der Finsternisse mit Hilfe von auf Stäben fixierten
Kugeln (Holz, Styropor,..) im entsprechenden Abstand (hängt auch von der Lichtquelle ab)
von Schülern gehalten und mit Hilfe eines Diaprojektors oder einer Leuchtstoffröhre (ausgedehnte Lichtquelle) beleuchtet.
7.12 Katakaustik
Material: Metallring; Kaffeehäferl, Flüssigkeit (kein Wasser!)
Durchführung: Lässt man ein breites Lichtbündel (Sonnenlicht) schräg von oben auf einen am
Tisch liegenden Metallring (in ein gefülltes Kaffeehäferl) fallen, so sieht man die Reflexion des
Lichtes am Hohlspiegel. Dadurch, dass das Licht über die gesamte Breite des Halbkreises
einfällt, entsteht kein Brennpunkt, sondern eine Brennfläche.
Vergleiche: Konzentrierender Kollektor! (Tatsächliche parabolische Form haben z.B. Autoscheinwerfer, Scheinwerferreflektor)
7.13 Lichtleiter
Material: Plastikflasche, schwarze Farbe, Taschenlampe, Glasschüssel
Durchführung: Man malt die Flasche schwarz an. Dann sticht man etwas oberhalb des
Bodens ein kleines Loch und kratzt gegenüber vom Loch etwas von der Farbe ab, sodass
Licht hindurch treten kann. Man füllt die Flasche mit Wasser, stellt sie in die Glasschüssel und
leuchtet an der frei gekratzten Stelle mit einer Taschenlampe hinein. Hält man bei
verdunkeltem Zimmer einen Finger in den Wasserstrahl, wird darauf ein Lichtpunkt sichtbar.
7.14 Linsen
Material: 2 Plastik-Linsen, Schale mit Wasser, Folie mit Muster
Durchführung: Eine Linse wird mit Wasser gefüllt, die andere enthält Luft. Man beobachtet
das geometrische Muster am Boden der Schale mit beiden Linsen, und zwar, indem man die
Linse jeweils in Luft und ins Wasser hält.
Hält man die mit Wasser gefüllte Linse über das Wasser, erscheint das Muster vergrößert;
wird die Linse dann ins Wasser gelegt, erfolgt keine Brechung mehr (gleicher
Brechungsindex). Die „Luftlinse“ bewirkt in Luft keine Veränderung des Musters, wohl aber die
Funktion einer Zerstreuungslinse, wenn sie ins Wasser gehalten wird.
7.15 Wasserlupe
Material: Postkarte, Wasser
Durchführung: Mit einer Nadel wird ein kleines Loch in eine nichtsaugende Postkarte gemacht
und ein Wassertropfen darauf gegeben. Betrachtet man jetzt dadurch in geeignetem Abstand
feine Strukturen, erkennt man die Lupenwirkung der „Wasserlinse“.
7.16 Zauberlinse
Durchführung: Man füllt eine Eprouvette mit Wasser und legt sie auf ein Blatt Papier, auf das
man mit 2 verschiedenen Farben die Worte
DAS ROTE AUTO
DIE HOHE EICHE
geschrieben hat. Anschließend fragt man Schüler nach ihren Beobachtungen und einer
Erklärung.
7.17 Camera Obscura (Lochkamera)
Material: schwarze Filmdose, Transparentpapier, Nadel, Kerze
Durchführung: Man klebt über die Öffnung des Filmdose ein Transparentpapier, sticht ein
Loch in den Boden - und fertig ist eine einfache Camera Obscura! Die Dose wird mit dem
Loch in Richtung Flamme gehalten und man blickt auf das Transparentpapier.
Durch das kleine Loch fällt Licht auf das Transparentpapier der gegenüber liegenden Seite.
Es erfolgt eine Abbildung der Kerzenflamme, die verkehrt und verkleinert ist. Ähnlich einer
optischen erzeugt ein kleines Loch auf einer Projektionsfläche ein Abbild von Gegenständen.
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Haimo Tentschert
7.18 Münze in Wasser
Material: Münze, Gefäß, Wasser
Durchführung: Man schaut so von oben in ein leeres Gefäß, dass man gerade noch den Rand
einer darin liegenden Münze sieht. Dann füllt man Wasser ein. Die Münze wird scheinbar
angehoben und sichtbar.
7.19 Sonnenkollektor
Material: Aludose
Durchführung: Der Boden einer Aludose kann als konzentrierender Kollektor verwendet
werden. Man sucht den Brennpunkt dieses Spiegels (Brennfleck) und kann dort sogar ein
kleines Papierstück (Teil eines Papiertaschentuches) zum Brennen bringen.
Achtung: Dosen, deren Boden abgeflacht ist und auf Grund einer Beschichtung wenig reflektieren, sind dazu nicht geeignet.
7.20 Spektrum
Material: OH-Projektor, Prisma, abdeckendes Papier
Durchführung: Deckt man den Overheadprojektor bis auf einen schmalen Spalt ab, kann man
mit Hilfe eines Glas- oder Kunststoffprismas schöne Spektren auf die Decke werfen.
7.21 Wasserprisma
Material: Küvette, Spiegel, Wasser
Durchführung: Man legt den Spiegel schräg in das Wasser und lässt
(Sonnen-)Licht darauf fallen. Durch den Wasserkeil entsteht ein
Spektrum das man auf einem entsprechend gehaltenem Blatt Papier
oder an der Wand sehen kann.
7.22 Beugung
Material: Kerze, Bleistifte, Seidentuch,...
Durchführung: Schüler sollen eine brennende Kerze durch zwei sehr eng aneinander
gehaltene runde Bleistifte, durch ihre Wimpern, ein Seidentuch (o.ä.) beobachten und ihre
Beobachtungen beschreiben.
Erklärungshilfe: Durch die Beugung am Spalt oder Gitter erscheinen mehrere Flammen links
und rechts, die mittlere Flamme wird auseinandergezogen, die „Nebenflammen” erscheinen
farbig (außen rot, innen blau). Je enger der Spalt, um so deutlicher der Effekt. Dies erreicht
man z. B. durch Schräghalten des Seidentuches (Verändern der Gitterkonstante)
7.23 Beugung an der CD
Material: CD, Laser (Laserpointer)
Durchführung: Man sendet einen Laserstrahl auf die CD und betrachtet das reflektierte
Beugungsbild. Aus den geometrischen Verhältnissen lässt sich die Gitterkonstante, ähnlich
wie beim Gitter, berechnen.
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Haimo Tentschert
8 RADIOAKTIVITÄT
8.1
Halbwertszeit des Bierschaums
Material: Bier (nicht zu kalt), gerades Bierglas, Maßband
Durchführung: Bier wird so in ein möglichst gut zylinderförmiges (gerades!) hohes Glas
gegossen, dass möglichst viel Schaum entsteht. Die Höhe des Schaums (nicht die Gesamthöhe, nur die Schaumhöhe!) wird dann im 10-Sekunden-Takt gemessen und in einem
Diagramm aufgetragen. Es ergibt sich eine Zerfallskurve!
8.2
Modellversuch zum radioaktiven Zerfall
Der radioaktive Zerfall ist ein statistischer Zufallsprozess. Dieser Zufallsprozess wird durch
das Werfen einer Münze simuliert, deren zwei mögliche Auftreffzustände das Zerfallen oder
Nichtzerfallen eines Atoms simulieren.
Durchführung: alle Schüler stehen auf und nehmen eine Münze in die Hand. Lehrer moderiert
den Ablauf. Die stehende Schülerzahl entspricht der Ausgangsmenge N(0) der radioaktiven
Atome. Nun werden die Münzen fallengelassen, alle Schüler, deren Münze „Kopf“ zeigt,
setzen sich (sie sind „zerfallen“), dies entspricht dem ersten Zeitschritt. Der Vorgang wird
sooft wiederholt, bis alle Schüler „zerfallen“ sind.
Auswertung: in einem Koordinatensystem wird der Ablauf grafisch dargestellt, auf der einen
Achse werden die Zerfallsschritte (entspricht der Zerfallszeit t), auf der anderen wird die
jeweils nicht zerfallene Anzahl von „Schülerinnen“ aufgetragen (entspricht der nicht
zerfallenen Teilchenzahl N(t)- Querverbindung zur Mathematik
)
Hinweis: Für diesen Versuch ist eine größere Schülerzahl von Vorteil. Man kann den Versuch
auch für zu Hause Schülern anbieten, indem der Münzwurf entsprechend oft durchgeführt
wird, beginnend mit einer ersten groß gewählten Zahl von Würfen.
Freihandversuche 2012
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Haimo Tentschert
INHALTSVERZEICHNIS
4.10 EI DURCH FLASCHENHALS .......................... 10
MECHANIK ................................................... 2
1.1 MESSUNG DER GEHGESCHWINDIGKEIT ......... 2
4.11 KAMINWIRKUNG......................................... 10
1.2 BRÜCKE AUS PAPIER (KRÄFTE) .................... 2
4.12 SONNENKOLLEKTOR ................................... 11
1.3 REIBUNG ....................................................... 2
4.13 VOLUMENÄNDERUNG DURCH WÄRME ....... 11
1.4 EIN FLASCHENZUG MIT BESENSTIELEN ......... 2
4.14 VOLUMENÄNDERUNG VON GASEN ............. 11
1.5 GLEICHGEWICHT ........................................... 2
4.15 LÄNGENÄNDERUNG VON METALL .............. 11
1.6 SCHWERPUNKT ............................................. 3
4.16 - ISOLATION DURCH LUFT ........................... 11
1.7 SCHWERPUNKT DES BUNDESLANDES ............ 3
4.17 WÄRMELEITUNG IN WASSER ...................... 11
1.8 WIE LEICHT KOMMT ES ZUM FALL ................ 3
4.18 WÄRMELEITUNG MIT EINER MÜNZE ........... 11
1.9 ZÜNDHOLZBRECHEN ..................................... 3
4.19 WÄRMESTRAHLUNG 1 ................................ 12
1.10 HEBELGESETZ ............................................... 3
4.20 WÄRMESTRAHLUNG 2 ................................ 12
1.11 DEHNUNG EINES GUMMIFADENS................... 4
4.21 WÄRMETRANSPORT.................................... 12
1.12 FREIER FALL ................................................. 4
4.22 DER FEUERFESTE LUFTBALLON .................. 12
1.13 SCHWERELOS IM FREIEN FALL (1) ................. 4
5
ELEKTROSTATIK ..................................... 12
1.14 SCHWERELOS IM FREIEN FALL (2) ................. 4
5.1
DAS BEWEGTE STYROPOR .......................... 12
1.15 RÜCKSTOß EINES LUFTBALLONS ................... 4
5.2
FOLIENVERSUCH......................................... 12
1.16 DICHTE ......................................................... 4
5.3
WASSER IN ELEKTRISCHEN FELD ................ 13
1.17 AUFTRIEB ..................................................... 4
5.4
TRINKHALM-KRÄFTE.................................. 13
1.18 DAS ARÄOMETER ......................................... 5
1.19 DIE TANZENDEN ROSINEN ............................. 5
6
ELEKTRIZITÄT ......................................... 13
1.20 CARTESIANISCHER TAUCHER ........................ 5
6.1 APFELBATTERIE .......................................... 13
1.21 SCHWIMMT KNETMASSE? ............................. 5
6.2 MÜNZENBATTERIE...................................... 13
1.22 HYDRAULISCHE PRESSE ................................ 5
6.3 LICHT DURCH SALZ .................................... 13
1.23 HOVERCRAFT................................................ 5
6.4 ELEKTROMAGNET , ..................................... 13
1.24 KUGERL IN FLASCHE ..................................... 6
6.5 FREIER FALL IM KUPFERROHR .................... 13
1.25 LUFTBALLON IN EINER FLASCHE ................... 6
6.6 INDUKTION: ................................................ 14
1.26 LUFTDRUCK 1 ............................................... 6
6.7 INDUKTIONSMOTOR .................................... 14
1.27 LUFTDRUCK 2 ............................................... 6
6.8 DER EINFACHSTE ELEKTROMOTOR ............. 14
1.28 MAGDEBURGER HALBKUGELN ..................... 6
6.9 KOMPASS ................................................... 14
1.29 WASSERBAROMETER .................................... 6
6.10 GESPENSTISCHE LEUCHTSTOFFRÖHRE ........ 14
1.30 DOSENKOLLAPS ............................................ 6
1.31 OBERFLÄCHENSPANNUNG 1 .......................... 7
7
OPTIK ........................................................... 14
1.32 OBERFLÄCHENSPANNUNG 2 .......................... 7
7.1 BILDENTSTEHUNG AM LÖFFEL.................... 14
1.33 STOFF SPERRT WASSER ................................ 7
7.2 BILDENTSTEHUNG DURCH REFLEXION ........ 14
7.3 DER ABGEKNICKTE BLEISTIFT .................... 14
2
FLIEGEN ........................................................ 7
7.4 SCHRAUBENFISCHEN .................................. 15
2.1 DRUCK IN STRÖMENDEN MEDIEN ................. 7
7.5 DER BLINDE FLECK DES AUGES .................. 15
2.2 FLAMME IM TRICHTER .................................. 7
7.6 DIE UNENDLICHEN SPIEGEL ........................ 15
2.3 TRAGFLÄCHENMODELL................................. 7
7.7 TOTALREFLEXION AM WASSERGLAS .......... 15
2.4 ZIMMERBUMERANG ...................................... 8
7.8 DIE UNSICHTBARE KREIDE ......................... 15
2.5 PAPIERHUBSCHRAUBER ................................ 8
7.9 FARBIGE SCHATTEN, KERN- UND
3
SCHALL.......................................................... 8
HALBSCHATTEN ................................................... 15
7.10 HIMMELSBLAU – ABENDROT ...................... 15
3.1 SCHWINGUNG EINER STIMMGABEL ............... 8
7.11 FINSTERNISSE ............................................. 16
3.2 AUFZEICHNUNG EINER SCHWINGUNG ........... 8
7.12 KATAKAUSTIK ............................................ 16
3.3 SCHNURTELEFON .......................................... 8
7.13 LICHTLEITER............................................... 16
3.4 GLOCKENGELÄUTE ....................................... 8
7.14 LINSEN ....................................................... 16
3.5 EINE KLEINE GLASMUSIK.... .......................... 8
7.15 WASSERLUPE ............................................. 16
3.6 RICHTUNGSHÖREN ........................................ 9
7.16 ZAUBERLINSE ............................................. 16
3.7 SCHALLÜBERTRAGUNG ................................. 9
7.17 CAMERA OBSCURA (LOCHKAMERA) .......... 16
3.8 SCHLAUCHTÖNE ........................................... 9
7.18 MÜNZE IN WASSER..................................... 17
4
WÄRMELEHRE ............................................ 9
7.19 SONNENKOLLEKTOR ................................... 17
4.1 HEIßLUFTRAKETE” ........................................ 9
7.20 SPEKTRUM .................................................. 17
4.2 FAHRRADPUMPE ........................................... 9
7.21 WASSERPRISMA.......................................... 17
4.3 ABKÜHLUNG DURCH EXPANSION .................. 9
7.22 BEUGUNG ................................................... 17
4.4 ABSORPTION VON WÄRMESTRAHLUNG......... 9
7.23 BEUGUNG AN DER CD ................................ 17
4.5 NEBELBILDUNG IM WASSERFLASCHE.......... 10
8
RADIOAKTIVITÄT .................................... 18
4.6 AGGREGATZUSTANDSÄNDERUNG ............... 10
8.1
HALBWERTSZEIT DES BIERSCHAUMS .......... 18
4.7 DIE GEBOGENEN TRINKHALME ................... 10
8.2
MODELLVERSUCH ...................................... 18
4.8 EIN THERMOMETER AUS PAPIER ................. 10
4.9 DAS LEIDENFROST’SCHE PHÄNOMEN ......... 10
1
Freihandversuche 2012
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Haimo Tentschert